3 3 l elektriska påskjutsbromsar

Nr 331 e 1983 i Statens väg- och trafikinstitut (VTI) * 581 01 Linköping ISSN 0947-8049 $ National Road & Traffic Research Institute * S-581 01 Linköping * Sweden Broms- och reglerkaiakteristika för 3 3 l elektriska påskjutsbromsar av Peter Ståhl

Nr 331 0 1983 ISSN 0347-6049 Statens vag- och trafikinstitut (VTI) 0 581 01 Linköping National Road 81 Traffic Research Institute 0 S-581 01 Linköping Sweden Broms- och reglerkarakteristika för 3 3 1 elektriska påskiutsbromsar av Peter Ståhl

INNEHÅLLSFÖRTECKNING Sid REFERAT I 1 BAKGRUND 1 2.BESTÄMMELSER 2 2.1 Förslag till BCE-bestämmelser 2 Svenska bestämmelser 3 3 PROVNINGSOBJEKT 6 4 RESULTAT 8 5 DISKUSSION OCH SLUTSATSER 15

Broms- och reglerkarakteristika för elektriska påskjutsbromsar av Peter Stål Statens väg- och trafikinstitut 581 01 LINKÖPING REFERAT Denna undersökning avser att genom provning bestämma broms- och reglerkarakteristikan för de två typer av elektriska påskjutsbromssystem som förekommer på den svenska marknaden. Syftet är dels att få fram underlag för att kunna bedöma betydelsen av de skiljaktigheter som föreligger mellan svenska bestämmelser och ett förslag till bestämmelser inom ECE:s reglemente nr 13, bl a vad gäller tillåtna gränser för initierad och stegreglerad bromskraft, och dess betydelse för bromsegenskaperna vid lågfriktion, dels de sistnämnda kravens berättigande för de system som förekommer på den svenska marknaden. Provningarna omfattar två olika elektriska påskjutsbromssystem och har utförts i VTIs chassidynamometer. Förutom mätvärden från nämnda provningar omfattar resultaten även mätvärden från tidigare genomförda provningar på väg. Av resultaten för dessa båda system framgår att tillåtna gränser för initierad respektive stegreglerad bromskraft enligt förslaget till ECE-bestämmelser är tekniskt sett omotiverade, då bromskraften för dessa system startar från noll, och därefter ökar linjärt som funktion av påskjutskraften.

BAKGRUND Förslag i ECE-dokument TRANS/SCI/WP29/R.275 1982 för elektriska bromssystem på släpvagnar omfattarbl a en lägsta retardationsnivå på 0.4 m/s2 vid vilken elbromsen senast skall aktiveras. Tillåten initierad bromsverkan vid denna nivå kan ifrågasättas då det gäller dess konsekvenser för bromsegenskaper vid lågfriktionsunderlag. Nämnda förslag omfattar dessutom nivåer för stegreglering av utvecklad bromskraft. Motsvarande krav finns varken preciserade i de svenska bestämmelserna om fordon TSV FS 1980:6, eller i bestämmelser om bromsanordningar, F18-1969, annat än i form av krav på förspänningskraft för påskjutsbromssystem respektive krav på sambanden mellan manöverspänning och retardation för elektriskt manövrerade bromsar på släpvagnar. På den svenska marknaden förekommer det i huvudsak två olika typer av elektriska påskjutsbromssystem. Dessa två typer omfattar totalt fem olika varianter, två boggiutföranden och tre enkelaxelutföranden. VTI ombads av trafiksäkerhetsverket att genom provning bestämma dessa båda typers broms- och reglerkarakteristika och därmed fastställa om ovan nämnda nivåer enligt BCE-förslaget är berättigade av konstruktiva skäl. Eftersom variationen i utförande av respektive typ av system endast är betingat av systemets totalvikt, omfattar provningen endast ett utförande av respektive typ, nämligen ett enkelaxelsystem (1200 kg) och ett boggiaxelsystem (2000 kg).

BESTÄMMELSER.1 Förslag till BCE-bestämmelser Förslag till bestämmelser för elektriskt manövrerade bromsar på släpvagnar i ECE-reglementet omfattar bl a krav på en lägsta retardationsnivå på 0.4 m/s2 vid vilken bromssystemet senast skall träda i funktion. Tillåten initierad bromskraft vid denna retardationsnivå är 10% vid totalvikt respektive 13% vid tjänstevikt. Beträffande tillåtna gränser för stegreglering är dessa preciserade till att, bortsett från initialbromskraften, den stegvisa ändringen av utvecklad bromskraft inte får ske i större steg än 6% respektive 8% av vagnens totalvikt respektive tjänstevikt. Dessutom gäller för vagnar, vars totalvikt är mindre än 1500 kg att första steget över initialbromskraften inte får vara större än 7% av dess totalvikt. Följande steg får ökas i etapper om 1%, dvs 2:a steget får vara högst 8%, 3:e steget 9% osv. Förslaget till BCE-bestämmelser omfattar också krav såväl vad gäller en övre som en undre gräns för bromskraften som funktion av retardationen. Dessutom är den undre gränsen uppdelad med avseende på enaxlade respektive fleraxlade system. Med enaxlade system avses här även sådana fleraxliga system, vilkas inbördes axelavstånd understiger 1 m. Av figur 1 framgår sambandet mellan retardation och bromskraft enligt förslag till ECB-bestämmelser.

A 90 80 70 60 i 3 Bromskraft (%) G a i,'., 3 : '2 1 i A 3 I : i i I 2? _ e 3 i 3_ ;. i. > >., 1! L ' 'x. i. å - 1 v. z.' '. 1 -.. _ g. Ä '. r ' _\.- v ' n t 4. 5 : E r' 7, x; 1- w \ f 1 o i a i 4 Övre gräns undre gräns 50 Q<5.9,50) 45.._..,...g-.6-30.i 20 : L 5 10 4 6 \, '1 M... _ -pmww-»n nu. ut» Retardation (m/sz) 1. Bromskraft som funktion av retardation enligtförslag till ECB-bestämmelser G = släpvagnens tyngd då den är lastad till totalvikt ( N ). Heldragna linjer avser enkelaxelsystem. Streckad linje avser fleraxlade system. Svenska bestämmelser De svenska bestämmelserna om fordon, TSV FS 1980:6, omfattar bl a krav på förspänningskraft för påskjutsbromssystem. Denna förspänningskraft skall för system, vars totalvikt uppgår till 900 kg och högre, vara minst 2% och högst 5% av G. (G: vagnens tyngd då den är lastad till totalvikt ( N). Dessa krav skall vara uppfyllda vid en vertikal kulbelastning av 5% av G, dock högst 1000 N. För system med en totalvikt på högst 900 kg skall förspänningskraften uppgå till minst 2% av G och högst 450 N vid en vertikal kulbelastning på 450 N.

Vad gäller bromskraft är kraven preciserade att gälla vid provning i provrigg (chassidynamometer) omfattar endast en undre gräns.för lägsta bromsutväxling, dvs ett lägsta förhållande mellan bromskraft och påskjutskraft. För system vars totalvikt är 900 kg och högre krävs en bromsutväxling på minst 4 (se figur 2), och för system med lägre totalvikt än 900 kg är kravet på bromsutväxling linjärt avpassat till totalvikten (bromsutväxlingen 4 900 kg och bromsutväxlingen 1 vid 200 kg totalvikt), vilket framgår av figur 3. vid ;i BROMseKRAFTP/o) 60 i I' i i _ j 1 kalla bromsar 50 :i :5 f(12,5;50) cc 0' I i 40 / vormo bgglnscr :2 C. 30 :å :ä / D. <3" 23' / / f(12,5;40) 20 :9. E än /' 10 E /r/ ø 4/. O ; /(5;0) PÅSKJUTSKRAFT WO) 0 2 4 e a 10 12 14 IS 18 G Figur 2. Bromsreglerdiagram för påskjutsbroms på släpvagn med totalvikt g 900 kg * BROMSUTVÄXLING 4 Äsoopå) 3 2 l IOO;O) O ' 'r 0 I00 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 TOTALVIKT (kg) Figur 3. Bromsutväxlingsdiagram för påskjutsbroms på släpvagn med totalvikt < 900 kg

Det finns dessutom krav på sambandet mellan manöverspänning och retardation för elektriskt manövrerade bromsar på släpvagnar vilka ursprungligen är avsedda för fordonskombinationer där såväl dragfordon som släpfordon är utrustade med elektriskt manövrerade bromsar. Dessa krav finns preciserade i bestämmelser om bromsanordningar, F18-1969, och omfattar såväl en övre som en undre gräns för retardationen som funktion av manöverspänningen (se figur 4). I dessa bestämmelser finns även preciserat motsvarande gränser för dragfordon med elektriskt manövrerade bromsar. A Retardation (m/s') övre gräns/ undre gräns Manöver- # 1 r F 1 I T I 1 F I 1 I 2:_ 0,2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 (volt) Figur 4. Sambandet mellan manöverspänning ocn retardation för elektriskt manövrerade bromsar på släpvagnar enligt F18-1969 VTI MEDDELANDE 3 31

PROVNINGSOBJEKT Som provningsobjekt har två olika typer av elektriska påskjutsbromssystem använts. System 1. Tillverkare: AB Linde Maskiner I Provningsobjekt: SMV typ 460, årsmodell 1981 Husvagn Totalvikt: 1200 kg Maximal påskjutsväg: 2 mm Tryckstången, dämpning, utrustad med en elastisk utför under inverkan av påskjutskraften en liten rörelse relativt bromsreglagets infästning. Denna rörelse påverkar en elektrisk tryckkännande inbyggd dämpning), hjulbromsmagneterna. förstärkare(med som styr utspänningen till Förstärkaren initieras och matas över dragbilens bromsljuskontakt via ett särskilt relä. Svstem 2. Tillverkare: AB Alde-verken Provningsobjekt: Flakvagn, Totalvikt: Maximal påskjutsväg: 2000 kg 32 mm boggi Tryckstångens rörelser påverkar ett tvåstegsmotstånd med släpkontakt, varvid manöverspänningen till hjulbromsarna regleras.w Påskjutsanordningen är utrustad med en separat svängningsdämpare. Den huvudsakliga skillnaden mellan system 1 och 2 kan direkt hänföras till påskjutsanordningen, nämligen genom sättet att styra påskjutskraften, dvs sättet att reglera manöverspänningen till hjulbromsarna. I övrigt kan dessa båda bromssystem anses vara likvärdiga vad

gäller uppbyggnad och funktionssätt. Kraften till hjulbromsarna överförs i båda fallen på elektrisk väg till elektromagneter i hjulen, Vilka på mekanisk väg spänner ut bromsbackarna.

RESULTAT Provningarna har utförts i VTIs chassidynamometer (rulldiameter 1.2 m), varvid bromskraft, påskjutskraft och manöverspänning har registrerats. Resultaten för system 1 och 2 finns i form av bromskraft, påskjutskraft och retardation som funktion av manöverspänningen. Dessutom finns resultaten i form av bromskraft i procent av G som funktion av retardationen baserad dels på ovan nämnda provningar i chassidynamometer dels på tidigare genomförda typprovningar och typefterkontroller. Av figur 5 framgår att bromskraften i stort sett startar från noll för båda systemen. Bromskraften kan anses vara direkt proportionell mot manöverspänningen och därmed också mot påskjutskraften (se figur 6\. En skillnad mellan system 1 och 2 är dock att bromskraften för det sistnämnda systemet stagnerar vid en viss nivå, oberoende av Ökad manöverspänning. Denna skillnad kan troligtvis hänföras till själva hjulbromsarna, eftersom manöverspänningen ökar med ökad påskjutskraft.

7000 (N) A Bromskraft 6500 6000 2 5500 ü i 5000 i x 4500 AA @ A8 gg: 4: 4000. 4 7 3500.?A 3000-3 2500 - ÅS @ 2000 _ (3 3 1500. 3 1000. [3 3 500 Ex 9 cäaêäaa * r r T T 1 2 3 4 5 6 7 8 g : System 1: I 9 10 Manöver- =: spänning (volt) Bromskraft motsvarande 10% vid Bromskraft motsvarande 13% vid totalvikt = 1177 N tjänstevikt = 1237 N få: System 2: Bromskraft motsvarande 10% vid Bromskraft motsvarande 13% vid totalvikt = 1962 N tjänstevikt = 472 N Figur 5. Bromskraft som funktion av manöverspänning.

10 Förspänningen för system 1 är relativt hög (8.3% av G), vilket kan bero på att det är möjligt att justera förspänningen på detta system. Det är därför rimligt att anta att inställningen inte har varit korrekt vid provningstillfället, bl a med tanke på att förspänningen endast uppgick till % vid typprovningen av detta system. Förspänningen för system 2 uppmättes till 4.7% av G (se figur 6). I figur 7 som visar sambandet mellan retardation och manöverspänning för system 1 och_2 har tillåtna gränser enligt F18-1969 markerats.

11 (N) A Påskjutskraft 2300. 22004 g 2100. 6 2000. 3 1900. 1800_ 1700. A A é 9 1600. A Q2 1500. Å G A A 9 1400. 8 1300.. 9 Q 120m [ 9 G 1100. QA 1000 gaia 8 (2 Manöver-, e 7 r, T I. 1 ;i re :: spänning 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 (volt) 8 A sttem 1 Förspänning = 975 N = 8.3% av G. 25: System 2 Förspänning = 925 N = 4,7% av G. Figur 6. Sambandet mellan påskjutskraft och manöverspänning VTI MEDDELANDE 331

12 (m/sz) l Retardation övre begränsning 7. undre *V' //// begränsning x 8 : System 1 A : System 2»D- Manöver-. 1. :spänning 11 12 (volt) Figur 7. Sambandet mellan manöverspänning och retardation. Heldragna linjer markerar övre resp undre begränsning enligt?18-1969

13 I figur 8, som visar utvecklad bromskraft i procent av G som funktion av retardationen, har tillåtna gränser enligt förslag till ECB-bestämmelser respektive TSV FS 1980:6 markerats. Mätresultaten från provningarna i chassidynamometer har här kompletterats med resultat från tidigare utförda vägprov vid typprovning och typefterkontroll av respektive system. Mätresultaten tyder på god överensstämmelse mellan utförda provningar i chassidynamometer och provningar utförda på väg. Resultaten från provningarna utförda på väg för system 2 bekräftar det tidigare gjorda antagandet att även detta systems bromskraft ökar linjärt med ökad påskjutskraft även över den nivå som erhölls vid provningarna i chassidynamometer. Med tanke på att båda systemens resultat understiger erforderliga krav enligt TSV FS 1980:6 bör det påpekas att systemen ursprungligen var typprovade och godkända före dessa bestämmelsers ikraftträdande.

14 A-Bromskraft (%) 80 G 70 60 30 20 10 i T I' I 3 4 5 6 '7Reta5dation ' (m/s ) Riggprov i chassidynamometer O Vägprov 60 âyâtem_2i 43 Riggprov i km/h, vikt vid provning 1040 kg chassidynamometer 15 Vägprov 60 km/h, Vikt vid provning 2000 kg _- Figur 8. Bromskraft i % av G som funktion av retardationen för system 1 och 2. Heldragna linjer markerar begränsningar enligt förslag till BCE-bestämmelser och streck - prickade linjer undre gräns enligt TSV FS 1980:6 '

15 DISKUSSION OCH SLUTSATSER Som framgår av figur 8 föreligger endast en marginell skillnad mellan undre gränsen för utvecklad bromskraft enligt förslaget till ECB-bestämmelser respektive kravet på utvecklad bromskraft enligt TSV FS 1980:6. I motsats till ECB-förslaget anger däremot de svenska bestämmelserna inte någon övre gräns för utvecklad bromskraft. Detta är normalt sett inte hellemrnödvändigt med tanke på att ett konventionellt påskjutsbromssystem automatiskt reglerar bromskraften som funktion av såväl påskjutskraften som fordonskombinationens retardation. Vid lågfriktion är det dock möjligt att kompenseringen för avvikelser i retardation mellan dragfordon och släpvagn sätts ur funktion även för ett konventionellt påskjutsbromssystem, t ex i det fall då dragfordonet retarderar mer än släpvagnen, då släpvagnens hjul har låst, och den otillräckliga friktionen mellan underlag och låsta hjul medför att hjulen förblir låsta. Avsaknaden av en övre gräns för utvecklad bromskraft i de svenska bestämmelserna kan dock anses vara en brist med tanke på förekomsten av såväl konventionella som okonventionella påskjutsbromssystem. Det är dock inte möjligt att inom ramen för denna undersökning avgöra var en sådan gräns bör dragas. Definitionen på ett påskjutsbromssystem enligt de svenska bestämmelserna är att bromsansättningen skall regleras genom påskjutskraften i kopplingsanordningen. Detta innebär att ett system som t ex reglerar bromskraften enbart som funktion av retardationen inte kan hänföras till påskjutsbromsbestämmelserna TSV FS 1980:6, utan snarare till bestämmelserna om bromsanordningar F18-1969.

16 Förslaget till ECB-bestämmelser avser däremot att omfatta såväl renodlade elektriska bromssystem på släpvagnar som elektriska påskjutsbromssystem. Tillåtna gränser för initierad och stegreglerad bromskraft enligt ECE-förslaget tyder på att dessa gränser är avpassade till vissa befintliga typer av elektriskt manövrerade bromssystem vars tekniska konstruktion bl a medför olinjär reglering av bromskraften, och därmed inte fungerar som ett konventionellt påskjutsbromssystem. Med tanke på resultaten för system 1 och 2 är dessa gränser tekniskt sett omotiverade, vilket de även borde vara för ett renodlat elektriskt bromssystem. Som tidigare påpekats uppfyller inte, varken system 1 eller 2, nu gällande svenska bestämmelser. Det borde dock vara möjligt att med dagens teknik uppnå bromsprestanda som väl uppfyller kraven för undre gränsen enligt ECB-förslaget, vilket visserligen skulle innebära en viss skärpning av nu gällande svenska bestämmelser.